(57)【要約】      （修正有）【課題】ウェハーレベルレンズモジュール及びそれを備えた撮像モジュールを提供する。【解決手段】第１基板１１２及びガラス材質で前記第１基板の一面に形成されているガラスレンズ要素を含む第１ウェハースケールレンズ１１０と、前記第１ウェハースケールレンズと所定間隔離隔して配されており、第２基板１２２及びポリマー材質で前記第２基板の一面に形成されている第１ポリマーレンズ要素を含む第２ウェハースケールレンズ１２０と、を含む。【選択図】図２
2010282179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板及びガラス材質で前記第１基板の一面に形成されているガラスレンズ要素を含む第１ウェハースケールレンズと、
前記第１ウェハースケールレンズと所定間隔離隔して配されており、第２基板及びポリマー材質で前記第２基板の一面に形成されている第１ポリマーレンズ要素を含む第２ウェハースケールレンズと、
を含むことを特徴とするウェハーレベルレンズモジュール。
【請求項２】
前記ガラスレンズ要素は、
前記第１基板に接合されていることを特徴とする請求項１に記載のウェハーレベルレンズモジュール。
【請求項３】
前記ガラスレンズ要素は、
一面が平らな断面レンズであることを特徴とする請求項１に記載のウェハーレベルレンズモジュール。
【請求項４】
前記第１基板は、不透明な材質で形成されており、また前記ガラスレンズ要素の有効径よりは大きくて外径よりは小さな貫通ホールを有し、
前記ガラスレンズ要素は、両面レンズとして前記貫通ホールを覆うように、その外郭部のみ前記第１基板に接合されていることを特徴とする請求項１に記載のウェハーレベルレンズモジュール。
【請求項５】
前記第１ウェハースケールレンズは、ポリマー材質で前記第１基板の他面に形成されている第２ポリマーレンズ要素をさらに含み、また前記第２ウェハースケールレンズは、ポリマー材質で前記第２基板の他面に形成されている第３ポリマーレンズ要素をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のウェハーレベルレンズモジュール。
【請求項６】
前記第１基板と前記第２基板との間に、前記第１ウェハースケールレンズと前記第２ウェハースケールレンズとを所定間隔離隔させるためのスぺーサが備えられていることを特徴とする請求項１に記載のウェハーレベルレンズモジュール。
【請求項７】
前記第２ウェハースケールレンズと所定間隔離隔して配され、第３基板及びポリマー材質で前記第３基板の一面に形成された第４ポリマーレンズ要素を含む第３ウェハースケールレンズをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のウェハーレベルレンズモジュール。
【請求項８】
前記第３ウェハースケールレンズは、
ポリマー材質で前記第３基板の他面に形成されている第５ポリマーレンズ要素をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載のウェハーレベルレンズモジュール。
【請求項９】
前記第１ウェハースケールレンズのレンズ群は、プラスのオプティカルパワー（ｐｌｕｓ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｏｗｅｒ）を有し、前記第２及び第３ウェハースケールレンズのレンズ群は、いずれもマイナスのオプティカルパワーを有することを特徴とする請求項７に記載のウェハーレベルレンズモジュール。
【請求項１０】
前記第１ウェハースケールレンズのレンズ群は、物体側に凸状のメニスカス状であり、前記第２ウェハースケールレンズのレンズ群は、センサー側に凸状のメニスカス状であり、また前記第３ウェハースケールレンズのレンズ群は、変曲点が存在する形状であることを特徴とする請求項９に記載のウェハーレベルレンズモジュール。
【請求項１１】
前記ガラスレンズ要素は、
モールディング法で製造されたガラスレンズであることを特徴とする請求項１に記載のウェハーレベルレンズモジュール。
【請求項１２】
前記第１基板の一面に配されている口径絞り（ａｐｅｒｔｕｒｅ  ｓｔｏｐ）をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のウェハーレベルレンズモジュール。
【請求項１３】
前記第１基板の一面に配されている口径絞りをさらに含み、
前記第１基板は、透明な材質で作られ、前記口径絞りの開口（ａｐｅｒｔｕｒｅ）のような直径を有する貫通ホールを有することを特徴とする請求項１に記載のウェハーレベルレンズモジュール。
【請求項１４】
前記ガラスレンズ要素は、
非球面（ａｓｐｈｅｒｉｃ）であることを特徴とする請求項１に記載のウェハーレベルレンズモジュール。
【請求項１５】
前記第１及び第２ウェハースケールレンズの平均有効直径（ｍｅａｎ  ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｄｉａｍｅｔｅｒ）は、最大４ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のウェハーレベルレンズモジュール。
【請求項１６】
複数のウェハースケールレンズが積層されているウェハーレベルレンズモジュールにおいて、
前記複数のウェハースケールレンズのそれぞれは、基板及びこの基板上に形成されてレンズ面を提供するレンズ要素を含み、そして、
前記複数のウェハースケールレンズは、１つ以上のガラスレンズ面と１つ以上のポリマーレンズ面とを提供することを特徴とするウェハーレベルレンズモジュール。
【請求項１７】
前記ガラスレンズ面は、
前記複数のウェハースケールレンズのうちの一つの基板に形成されたガラスレンズ要素を用いて定義されることを特徴とする請求項１６に記載のウェハーレベルレンズモジュール。
【請求項１８】
前記ガラスレンズ要素が接合された基板は、前記ガラスレンズ要素の有効径よりは大きくて外径よりは小さな貫通ホールを有し、
前記ガラスレンズ要素は、両面レンズとして前記貫通ホールを覆うように、その外郭部のみ基板に接合されていることを特徴とする請求項１７に記載のウェハーレベルレンズモジュール。
【請求項１９】
前記複数のウェハースケールレンズは、
第１基板及びガラス材質で前記第１基板上に形成されて、前記ガラスレンズ面を定義するガラスレンズ要素を含む第１ウェハースケールレンズと、
前記第１ウェハースケールレンズと所定間隔離隔配され、第２基板及びポリマー材質で前記第２基板上に形成されて、前記ポリマーレンズ面を定義する第１ポリマーレンズ要素を含む第２ウェハースケールレンズと、
前記第１ウェハースケールレンズと前記第２ウェハースケールレンズとを所定間隔離隔させるためのスぺーサと、
を含むことを特徴とする請求項１６に記載のウェハーレベルレンズモジュール。
【請求項２０】
第１基板及びガラス材質で前記第１基板の一面に形成されているガラスレンズ要素とポリマー材質で前記第１基板の他面に形成されているポリマーレンズ要素とで構成された第１レンズ群を含む第１ウェハースケールレンズと、
第２基板及びポリマー材質で前記第２基板の両面にそれぞれ形成されている一対のポリマーレンズ要素で構成された第２レンズ群を含む第２ウェハースケールレンズと、
第３基板及びポリマー材質で前記第３基板の両面にそれぞれ形成されている一対のポリマーレンズ要素で構成された第３レンズ群を含む第３ウェハースケールレンズと、
前記第１及び第２ウェハースケールレンズの間と前記第２及び第３ウェハースケールレンズとの間にそれぞれ形成されているスぺーサと、
を含むことを特徴とするウェハーレベルレンズモジュール。
【請求項２１】
前記第１レンズ群は、プラスオのプティカルパワーを有し、前記第２及び第３レンズ群は、いずれもマイナスのオプティカルパワーを有することを特徴とする請求項２０に記載のウェハーレベルレンズモジュール。
【請求項２２】
前記第１レンズ群は、物体側に凸状のメニスカス状であり、前記第２レンズ群は、センサー側に凸状のメニスカス状であり、また前記第３レンズ群は、変曲点が存在する形状であることを特徴とする請求項２１に記載のウェハーレベルレンズモジュール。
【請求項２３】
前記ガラスレンズ要素は、一面レンズまたは両面レンズであり、前記第１基板の一面に接合されていることを特徴とする請求項２０に記載のウェハーレベルレンズモジュール。
【請求項２４】
前記第１、第２、及び第３ウェハースケールレンズは、いずれもサイズが同じ四角形状であり、前記スぺーサが、前記四角形のフレーム部分に形成されていることを特徴とする請求項２０に記載のウェハーレベルレンズモジュール。
【請求項２５】
第１基板及びガラス材質で前記第１基板の一面に形成されているガラスレンズ要素と前記ポリマー材質で第１基板の他面に形成されているポリマーレンズ要素とで構成された第１レンズ群を含む第１ウェハースケールレンズと、
第２基板及びポリマー材質で前記第２基板の両面にそれぞれ形成されている一対のポリマーレンズ要素で構成された第２レンズ群を含む第２ウェハースケールレンズと、
第３基板及びポリマー材質で前記第３基板の両面にそれぞれ形成されている一対のポリマーレンズ要素で構成された第３レンズ群を含む第３ウェハースケールレンズと、
前記第３ウェハースケールレンズで結像されたイメージを感知するためのイメージセンサーと、
前記第１及び第２ウェハースケールレンズの間、前記第２及び第３ウェハースケールレンズの間、及び前記第３ウェハースケールレンズと前記イメージセンサーとの間のフレーム部分にそれぞれ形成されているスぺーサと、
を含むことを特徴とする撮像モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像モジュールに係り、より具体的に、撮像モジュール及びこの撮像モジュールに備えられるレンズモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル技術が発達するにつれて、デジタルコンバージェンス（ｄｉｇｉｔａｌ  ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ）現象が急速に拡大している。デジタルコンバージェンスが最も活発に進められている分野は、メディアと通信分野であるが、このようなデジタルコンバージェンス製品の代表的な例がデジタルカメラやデジタルカムコーダなどの撮像モジュールがモバイルフォンに結合された、いわゆる‘カメラフォン’である。デジタルカメラなどの撮像モジュールは、モバイルフォン以外にも、ラップトップコンピュータ（ｌａｐｔｏｐ  ｃｏｍｐｕｔｅｒ）やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）のような他のモバイル電子機器にも広く装着されている。
【０００３】
撮像モジュールを備えたモバイル電子機器が、小型化、薄型化、また普遍化されているために、小さくて軽くて安い撮像モジュールに対する要求は絶え間なく増加している。また、カメラフォンには、撮像モジュールだけではなく、他のデジタル電子機器（例えば、ＭＰ３プレーヤーや動画再生機、ＤＭＢテレビ）のためのモジュールもともに融合されており、小さくて安い撮像モジュールに対する要求はさらに増加している。
【０００４】
ウェハーレベル撮像モジュールは、撮像モジュールに対するこのような要求を充足させるために考案されたものである。従来のウェハーレベル撮像モジュールのレンズモジュール（以下、‘ウェハーレベルレンズモジュール’と言う）は、透明基板とその表面に形成されたポリマーレンズ（ｐｏｌｙｍｅｒ  ｌｅｎｓ）との積層構造からなっている。このようなウェハーレベルレンズモジュールは、レプリカ方式（ｒｅｐｌｉｃａ  ｍｅｔｈｏｄ）を用いて形成されたアレイ形態のポリマーレンズを有する複数の透明ウェハーを整列して積層した後、これを切断して製造されるために、サイズが小さくて軽いだけではなく、大量製造が可能で製造コストを低めることができる。
【０００５】
現在、ウェハーレベルレンズモジュールのレンズは、通常レプリカ方式で製造されており、レンズの材料としては、紫外線（ＵＶ）硬化用ポリマーが主に使われている。紫外線硬化用ポリマーを利用する場合に、製造工程が簡単であり、また安くて製造コストを低めることができる。ところが、ポリマーレンズを備えたウェハーレベルレンズモジュールは、３百万（３Ｍｅｇａ）または５百万以上のような高解像度カメラ用として使われにくい。何故ならば、ポリマーレンズは、製作形状に誤差が生じることがあり、また色収差が大きく表われるためである。
【０００６】
カメラフォンが初めて登場した時には、モバイルフォンに備えられるカメラの性能に対する要求はあまり高くなかった。ところが、最近、消費者の多様な要求や趣向を充足させるようにモバイルフォンの種類が多様化されながら、カメラフォンに備えられるカメラモジュールの解像度も次第に高くなっている。しかし、最近、５百万画素以上の高解像度カメラが装着されたカメラフォンが続々と登場しているが、既存のポリマーレンズのみで構成されたウェハーレベルレンズモジュールを用いては、このような高解像度のカメラフォンを支援しにくい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
小型化されている電子機器に備えられるように、そのサイズが小さくて軽いだけではなく、３百万以上の高解像度を支援することができるウェハーレベルレンズモジュール及びそれを備えた撮像モジュールを提供することである。
【０００８】
複数のレンズを通過しながら発生する色収差を最小化することで、高解像度を支援することができるウェハーレベルレンズモジュール及びそれを備えた撮像モジュールを提供することである。
【０００９】
色収差が小さいながらより広い範囲で屈折率の選択を可能にさせることで、高解像度を支援することができるウェハーレベルレンズモジュール及びそれを備えた撮像モジュールを提供することである。
【００１０】
複数のウェハーレンズが積層されているレンズモジュールのレンズの形状を適切に組み合わせることで、高解像度を支援することができるウェハーレベルレンズモジュール及びそれを備えた撮像モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述した課題を果たすための一実施形態によるウェハーレベルレンズモジュールは、第１ウェハースケールレンズ及び前記第１ウェハースケールレンズと所定間隔離隔配された第２ウェハースケールレンズを含む。そして、第１ウェハースケールレンズは、第１基板とその上面に形成されたガラスレンズ要素とを含み、第２ウェハースケールレンズは、第２基板及びその上面に形成された第１ポリマーレンズ要素を含む。
【００１２】
前述した課題を果たすための他の実施形態によるウェハーレベルレンズモジュールは、イメージセンサー上に複数のウェハースケールレンズが積層されているウェハーレベルレンズモジュールであるが、この複数のウェハースケールレンズは、１つ以上のガラスレンズ面と１つ以上のポリマーレンズ面とを含む。
【００１３】
前述した課題を果たすためのまた他の実施形態によるウェハーレベルレンズモジュールは、第１、第２、及び第３ウェハースケールレンズとスぺーサとを含む。第１ウェハースケールレンズは、第１基板及び前記第１基板の一面に形成されているガラスレンズ要素と前記第１基板の他面に形成されているポリマーレンズ要素とで構成された第１レンズ群を含む。第２ウェハースケールレンズは、第２基板及び前記第２基板の両面にそれぞれ形成されている一対のポリマーレンズ要素で構成された第２レンズ群を含み、第３ウェハースケールレンズは、第３基板及び前記第３基板の両面にそれぞれ形成されている一対のポリマーレンズ要素で構成された第３レンズ群を含む。そして、スぺーサは、この第１及び第２ウェハースケールレンズの間及び第２及び第３ウェハースケールレンズの間にそれぞれ形成されている。
【００１４】
前述した課題を果たすための一実施形態による撮像モジュールは、前述した本発明の実施形態によるウェハーレベルレンズモジュールに追加して、このウェハーレベルレンズモジュールを通じて結像されたイメージを感知するように、スぺーサによってウェハーレベルレンズモジュールと所定間隔離隔して配されたイメージセンサーとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態による撮像モジュールの形態を示す斜視図である。
【図２】図１のＸＸ’ラインに沿って切り取った断面図の一例である。
【図３】図１のＸＸ’ラインに沿って切り取った断面図の他の例である。
【図４Ａ】数値例によるウェハーレベルレンズモジュールのＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）チャートである。
【図４Ｂ】数値例によるウェハーレベルレンズモジュールの収差図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を詳しく説明する。本発明の態様を説明するに当たって、関連した公知機能または構成についての具体的な説明が、本発明の要旨を不明にする恐れがあると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。また、後述する用語は、本発明の実施形態での機能を考慮して定義された用語であって、これは、ユーザ、運用者の意図または慣例などによって変わりうる。したがって、その定義は、本明細書全般に亘った内容に基づいて下さなければならない。
【００１７】
図１は、一実施形態による撮像モジュールの形状を示す斜視図である。撮像モジュールは、複数のウェハースケールレンズで構成されたウェハーレベルレンズモジュールとイメージセンサーとを含む。図１で撮像モジュールを構成する構成要素のサイズ、形状、スケール、厚さなどは、説明の便宜上、多少誇張されるように示された。そして、撮像モジュールに含まれるウェハースケールレンズの枚数（３枚）も例示的に示したものであって、本実施形態がこれに限定されるものではない。
【００１８】
図１を参照すれば、撮像モジュールのウェハーレベルレンズモジュールは、３枚のウェハースケールレンズ１０、２０、３０と各ウェハースケールレンズ１０、２０、３０を所定間隔離隔させるためのスぺーサ４０とを含む。ウェハーレベルレンズモジュールは、全体的に直方体状を有しうる。この場合に、ウェハーレベルレンズモジュールを構成するそれぞれのウェハースケールレンズ１０、２０、３０の平面形状は、通常のレンズとは異なって、四角形状を有する。四角形状のウェハースケールレンズ１０、２０、３０は、前記四角形のフレーム部分に形成されているスぺーサ４０を用いて所定間隔離隔して配されるが、スぺーサ４０の高さを異ならせる場合に、ウェハースケールレンズ１０、２０、３０の間の間隔を変化させることができる。そして、撮像モジュールは、ウェハーレベルレンズモジュール１０、２０、３０を通過した入射光が受信されて所定のイメージが結像されるイメージセンサー６０をさらに含むが、これについては後述する。
【００１９】
図１に示されたウェハーレベルレンズモジュールは、少なくとも一つのガラスレンズ面を提供するウェハースケールレンズ１０と一つ以上のポリマーレンズ面を提供するウェハースケールレンズ２０、３０とを含むが、このようなウェハーレベルレンズモジュールの詳細な構成については、図２及び図３を参照して後述する。但し、本実施形態によるウェハーレベルレンズモジュールは、あらゆるレンズ要素がＵＶ硬化用ポリマーで形成される既存のウェハーレベルレンズモジュールとは異なって、一部レンズ要素はガラスレンズで形成される。このガラスレンズは、モールディング法などで製造された単品レンズであり、基板の所定位置に整列されて透明接着剤（図示せず）を用いて接着されるか、または基板に形成されているグルーブ（ｇｒｏｏｖｅ）を用いて整列及び固定されうる。
【００２０】
このように、本実施形態によれば、ウェハーレベルレンズモジュールの一部レンズ要素は、モールディングされたガラスレンズが使われる。モールディングされたガラスレンズは、色収差が少なくて屈折率の選択幅が広い。したがって、このようなガラスレンズをウェハーレベルレンズモジュールに採用する場合には、撮像モジュールの解像度を増加させて色感も向上させることができる。
【００２１】
このような直方体状のウェハーレベルレンズモジュールの形態は、本実施形態による撮像モジュールの製造方法と関連する。より具体的に、本実施形態による撮像モジュールを製造するために、まず透明ウェハー上に所定のレンズ要素をアレイ形態に形成してウェハースケールレンズ１０、２０、３０のアレイを製作した後に、スぺーサ４０を用いてウェハースケールレンズ１０、２０、３０のアレイを所定間隔離隔させて積層する。スぺーサ４０は、各ウェハースケールレンズ１０、２０、３０の縁部に形成されている。そして、センサー側に位置するウェハースケールレンズ３０のアレイもスぺーサ４０を用いてイメージセンサー側（例えば、カバーガラス）に所定間隔離隔して配置される。そして、積層されたウェハースケールレンズ１０、２０、３０のアレイをスぺーサ４０に沿ってダイシングすることによって、イメージセンサー６０とウェハーレベルレンズモジュール１０、２０、３０とを含む撮像モジュールを製作することができる。このような製造方法を利用する場合に、サイズと厚さとが小さなウェハーレベルの撮像モジュールを安く製造することができる。
【００２２】
図２は、図１の撮像モジュールのＸＸ’ラインに沿って切り取った断面図の一例である。図２を参照すれば、本実施形態による撮像モジュールは、複数のウェハースケールレンズ１１０、１２０、１３０、スぺーサ１４０、及びイメージセンサー１６０を含むが、図３に示された実施形態との区別のために、参照番号は、いずれも‘１ＸＸ’に表記した（したがって、参照番号‘１ＸＸ’の‘ＸＸ’部分が、図１で使われた参照番号に対応する）。
【００２３】
イメージセンサー１６０は、ウェハースケールレンズ１１０、１２０、１３０を通過した光が受信されてイメージが結像される感光性素子アレイを含む。イメージセンサー１６０としては、例えば、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサーであるか、またはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）などが使われうるが、これに限定されるものではない。そして、図２に示された撮像モジュールは、ウェハースケールパッケージ（ｗａｆｅｒ  ｓｃａｌｅ  ｐａｃｋａｇｅ）を適用した一例であるが、イメージセンサー１６０の上部にカバーガラス（ｃｏｖｅｒ  ｇｌａｓｓ）１５０が接合されており、このカバーガラス１５０を貫通する貫通ビア１６２を通じてイメージセンサー１６０とカバーガラス１５０の下部のソルダボール（ｓｏｌｄｅｒ  ｂａｌｌ）１６４とが電気的に連結される。このようなカバーガラス１５０の上部または下部には、光学的低域フィルターや色差フィルター、赤外線フィルター（ＩＲ  ｆｉｌｔｅｒ）、紫外線フィルター（ＵＶ  ｆｉｌｔｅｒ）などの光学的コーティング層が設けられることもある。
【００２４】
ウェハーレベルレンズモジュール１１０、１２０、１３０は、スぺーサ１４０によって離隔配された３枚のウェハースケールレンズ１１０、１２０、１３０を含む。スぺーサ１４０は、ウェハースケールレンズ１１０、１２０、１３０の間及びウェハースケールレンズ１３０とイメージセンサー１６０（より具体的に、イメージセンサー１６０の上部に接着されたカバーガラス１５０）との間の間隔を所定のサイズで維持するためのものであって、レンズ要素１１４、１１６、１２４、１２６、１３４、１３６の形状や厚さによってスぺーサ１４０のそれぞれのサイズは変わりうる。本実施形態では、このようなスぺーサ１４０のサイズに対しては、特別な制限がない。但し、スぺーサ１４０は、四角形状のウェハースケールレンズ１１０、１２０、１３０及びカバーガラス１５０の縁部に沿って形成されうるという点に留意する必要がある。また、ウェハースケールレンズ１１０、１２０、１３０の間の間隔とウェハースケールレンズ１３０とイメージセンサー１６０との間の間隔も互いに同じか、または異なりうる。
【００２５】
３枚のウェハースケールレンズ１１０、１２０、１３０のそれぞれは、透明な材質で形成された透明基板１１２、１２２、１３２及び前記透明基板の一面または両面に形成されたレンズ要素１１４、１１６、１２４、１２６、１３４、１３６を含む。そして、本実施形態によれば、レンズ要素１１４、１１６、１２４、１２６、１３４、１３６のうちから少なくとも一つのレンズ要素は、ガラス材質で作られたガラスレンズ要素であり、残りのレンズ要素は、ＵＶ硬化性ポリマーで作られたポリマーレンズ要素である。図２では、第１ウェハースケールレンズ１１０の上面、すなわち、物体側表面に形成されたレンズ要素１１４がガラスレンズ要素であり、残りのレンズ要素１１６、１２４、１２６、１３４、１３６がポリマーレンズ要素である場合が示されているが、これは、単に例示的なものである。
【００２６】
ポリマーレンズ要素１１６、１２４、１２６、１３４、１３６は、既存の方法と同じ方法で製造されるので、ここでは、これについての説明は省略する。一方、ガラスレンズ要素１１４は、単品で製作されて透明基板１１２の上面に適切に整列した後、透明接着剤を用いて正位置に接着されたものであり得る。従来には、ウェハーレベルレンズモジュールに、このようなガラスレンズ要素１１４を製造しにくかったが、前述したように、ガラスレンズ要素１１４をひっくり返してアレイ形態に配列することができるトレー基板を利用する場合には、透明接着剤を用いてガラスレンズ要素１１４を透明基板１１２に接着させることができる。本実施形態は、ガラスレンズ要素１１４の一面のみがレンズ面であり、他の面は平面である断面レンズである場合であって、ガラスレンズ要素１１４の平面側を透明接着剤（図示せず）を用いて平らな透明基板１１２上に付着させることができる。以下、第１ないし第３ウェハースケールレンズ１１０、１２０、１３０についてより具体的に説明する。
【００２７】
第１ウェハースケールレンズ１１０は、第１透明基板１１２、第１レンズ群１１４、１１６、及び口径絞り（ａｐｅｒｔｕｒｅ  ｓｔｏｐ）１１８を含む。第１透明基板１１２は、透明な材質であって、ガラスレンズ要素１１４またはポリマーレンズ要素１１６と同じ材質で形成されるか、またはこれとは異なる光学的特性を有する材質で形成されることもある。第１レンズ群１１４、１１６は、第１透明基板１１２の一面（例えば、物体側の面）に形成されているガラスレンズ要素１１４と第１透明基板１１２の他面（例えば、イメージセンサー１６０側の面）に形成されているポリマーレンズ要素１１６とで構成することができる。
【００２８】
口径絞り１１８は、受信される光量を調節するためのものである。口径絞り１１８は、第１透明基板１１８の物体側面上に形成されうるが、これに限定されるものではない。そして、口径絞り１１８は、クロム（Ｃｒ）膜のような不透明な金属膜で形成されるか、またはフォトレジストなどの不透明材質で作られうる。例えば、第１透明基板１１２の上面（物体側の面）にクロム膜をコーティングして口径絞り１１８を形成することができる。
【００２９】
第２ウェハースケールレンズ１２０は、第２透明基板１２２及び第２レンズ群１２４、１２６を含む。第２透明基板１２２も透明な材質であって、第２レンズ群を構成するポリマーレンズ要素１２４、１２６と同じ材質で形成されるか、またはこれとは異なる光学的特性を有する材質で形成されることもある。第２レンズ群１２４、１２６は、第２透明基板１２２の一面（例えば、物体側の面）と他面（例えば、イメージセンサー１５０側の面）とにそれぞれ形成されているポリマーレンズ要素１２４、１２６で構成することができる。第２ウェハースケールレンズ１２０は、第２透明基板１２２の縁部に形成されているスぺーサ１４０によって、第１ウェハースケールレンズ１１０と所定の間隔を維持する。
【００３０】
第３ウェハースケールレンズ１３０は、第３透明基板１３２及び第３レンズ群１３４、１３６を含む。第３透明基板１３２も透明な材質であって、第３レンズ群を構成するポリマーレンズ要素１３４、１３６と同じ材質で形成されるか、またはこれとは異なる光学的特性を有する材質で形成されることもある。第３レンズ群１３４、１３６は、第３透明基板１３２の一面（例えば、物体側の面）と他面（例えば、カバーガラス１５０側の面）とにそれぞれ形成されているポリマーレンズ要素１３４、１３６で構成することができる。第３ウェハースケールレンズ１３０は、第３透明基板１３２の縁部に形成されているスぺーサ１４０によって第２ウェハースケールレンズ１２０と所定の間隔を維持し、カバーガラス１５０の縁部に形成されているスぺーサ１４によってイメージセンサー１６０とも所定の間隔を維持する。
【００３１】
図３は、図１のＸＸ’ラインに沿って切り取った断面図の他の例である。図３を参照すれば、本実施形態による撮像モジュールは、複数のウェハースケールレンズ２１０、２２０、２３０、スぺーサ２４０、及びイメージセンサー２６０を含む。撮像モジュールは、またカバーガラス２５０を貫通する貫通ビア２６２（ｔｈｒｏｕｇｈ  ｖｉａ）を通じてイメージセンサー２６０と電気的に連結されるソルダボール２６４をさらに含む。本実施形態は、少なくともガラスレンズ要素２１４は両面ガラスレンズであり、ガラスレンズ要素１１４は断面ガラスレンズという点で、図２を参照して前述した実施形態と差がある。したがって、以下、図２を参照して前述した実施形態との差点を中心に説明し、ここで、具体的に記述していない事項は、図２を参照して前述した事項が同様に適用可能である。
【００３２】
イメージセンサー２６０は、ウェハースケールレンズ２１０、２２０、２３０、及びカバーガラス２５０を通過した光が受信されてイメージが結像される感光性素子アレイ、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサーやＣＣＤなどを含み、カバーガラス２５０の上部及び／または下部には、光学的低域フィルターや色差フィルター、赤外線フィルター（ＩＲ  ｆｉｌｔｅｒ）、紫外線フィルター（ＵＶ  ｆｉｌｔｅｒ）などがコーティングされうる。そして、ウェハーレベルレンズモジュール２１０、２２０、２３０、２４０は、３枚のウェハースケールレンズ２１０、２２０、２３０とスぺーサ２４０とを含むが、このうちからスぺーサ２４０は、ウェハースケールレンズ２１０、２２０、２３０の間及びウェハースケールレンズ２３０とイメージセンサー２６０との間の間隔を所定のサイズで維持するためのものである。
【００３３】
３枚のウェハースケールレンズ２１０、２２０、２３０のうち、第１基板２１２は透明であるか、または不透明な材質（例えば、シリコン）の基板であり得る。第１基板２１２が透明基板である場合には、開口絞り２１８が必要であるが、不透明基板である場合には、開口絞り２１８は必要ない。そして、第２基板２２２と第３基板２３２は、それぞれ透明な材質で形成された透明基板２２２、２３２であり得る。３枚のウェハースケールレンズ２１０、２２０、２３０は、基板２１２、２２２、２３２の一面または両面に形成されたレンズ要素２１４、２２４、２２６、２３４、２３６を含むが、このうちから少なくとも一つのレンズ要素は、ガラス材質で作られたガラスレンズ要素であり、残りのレンズ要素は、ＵＶ硬化性ポリマーで作られたポリマーレンズ要素であり得る。図３では、第１ウェハースケールレンズ２１０の上面、すなわち、物体側表面に形成されたレンズ要素２１４がガラスレンズ要素であり、残りのレンズ要素２２４、２２６、２３４、２３６がポリマーレンズ要素である場合が示されているが、これは、単に例示的なものである。
【００３４】
ガラスレンズ要素２１４は、単品で製作されて第１基板２１２上に適切に整列した後、透明接着剤を用いて正位置に付着されたものであり得る。本実施形態は、ガラスレンズ要素２１４の両面が、いずれもレンズ面と定義される場合であるが、これのために、第１基板２１２には、貫通ホール（ｔｈｒｏｕｇｈ  ｈｏｌｅ、Ｈ）が形成される。この貫通ホール（Ｈ）の直径は、ガラスレンズ要素２１４の有効径よりは大きくて外径よりは小さく、ガラスレンズ要素２１４が、この貫通ホール（Ｈ）を覆うことができるように、その外郭部、すなわち、ガラスレンズ要素２１４の有効径と外径との間の部分が透明接着剤を用いて第１基板２１２上に付着されうる。もし、第１基板２１２が不透明な材質で製作された場合には、貫通ホール（Ｈ）の直径は、開口絞りの口径と同様に製作されることが望ましい。以下、第１ないし第３ウェハースケールレンズ２１０、２２０、２３０についてより具体的に説明する。
【００３５】
第１ウェハースケールレンズ２１０は、第１基板２１２、第１レンズ群２１４、及び口径絞り２１８を含む。前述したように、第１基板２１２は、透明な材質で形成されるか、または不透明な材質（例えば、シリコン）で形成されることができ、所定の直径を有する貫通ホール（Ｈ）が形成されている。貫通ホール（Ｈ）は、ガラスレンズ要素２１４が両面レンズとしての役割を果たせるためのものである。第１レンズ群２１４は、第１基板２１２の一面（例えば、物体側の面）にホール（Ｈ）を覆うように形成されているガラスレンズ要素２１４で構成されることができるが、これに限定されるものではない。そして、必要な場合には、口径絞り２１８が第１透明基板２１８の物体側面上に形成されるが、不透明なクロム（Ｃｒ）膜やフォトレジストなどで作られうる。
【００３６】
第２ウェハースケールレンズ２２０は、第２透明基板２２２及び第２レンズ群２２４、２２６を含む。第２レンズ群２２４、２２６は、第２透明基板２２２の一面（例えば、物体側の面）と他面（例えば、イメージセンサー２６０側の面）とにそれぞれ形成されているポリマーレンズ要素２２４、２２６で構成することができる。そして、第３ウェハースケールレンズ２３０は、第３透明基板２３２及び第３レンズ群２３４、２３６を含み、第３レンズ群２３４、２３６は、第３透明基板２３２の一面（例えば、物体側の面）と他面（例えば、イメージセンサー２６０側の面）とにそれぞれ形成されているポリマーレンズ要素２３４、２３６で構成することができる。第２ウェハースケールレンズ２２０、第３ウェハースケールレンズ２３０、及びイメージセンサー２６０の間の間隔は、スぺーサ２４０によって維持される。
【００３７】
本実施形態の一側面によれば、図２及び図３を参照して説明したウェハーレベルレンズモジュールを構成するレンズ要素のそれぞれの形状は、高解像度を支援できるように所定のオプティカルパワー（ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｏｗｅｒ）の組合わせで構成することができる。例えば、ガラスレンズ要素を含む第１レンズ群は、プラスオプティカルパワー（ｐｌｕｓ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｏｗｅｒ）を有し、ポリマーレンズ要素のみで構成された第２レンズ群と第３レンズ群は、マイナスオプティカルパワー（ｍｉｎｕｓ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｏｗｅｒ）を有しうる。後述する数値例を通じて分かるように、例示されたもののようなオプティカルパワーの組合わせを通じてより高解像度を支援することができる。各レンズ群の屈折率（ｎｄ）、分散（Ｖｄ）、及び形状は、下記の表１の通りである。
【００３８】
【表１】
2010282179.tif 000003
【００３９】
そして、各レンズ群を構成するレンズ要素は、いずれも非球面であって、数式１から得られうる。
【００４０】
【数１】
2010282179.tif 000004
【００４１】
ここで、ｒはレンズ中心から半径方向への距離、ｚ（ｒ）は距離ｒでのレンズの高さ、ｃはレンズ中心での曲率半径（ＲＯＣ）、ｋは円錐定数（ｃｏｎｉｃ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）、ａ２ｉは非球面の係数であって、以下の表では、ｉ＝２から順次にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆで表わす。
【００４２】
＜数値例１＞
表２は、図２のウェハーレベルレンズモジュールを構成する各レンズ面の形状を表わすための形状パラメータである。本数値例で、ウェハーレベルレンズモジュールの総高さ（第１レンズ群の物体側の面からイメージセンサーまでの距離）は５．１５ｍｍ、レンズの最大有効径は４ｍｍである。
【００４３】
【表２】
2010282179.tif 000005
【００４４】
＜数値例２＞
表３は、図３のウェハーレベルレンズモジュールを構成する各レンズ面の形状を表わすための形状パラメータである。本数値例で、ウェハーレベルレンズモジュールの総高さ（第１レンズ群の物体側の面からイメージセンサーまでの距離）は５．０ｍｍ、レンズの最大有効径は３．８ｍｍである。
【００４５】
【表３】
2010282179.tif 000006
【００４６】
図４Ａは、表２または表３のレンズを備えるウェハーレベルレンズモジュールの解像度を表わすＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）チャートである。ここで、適用したピクセルのサイズは１．４μｍであり、センサーサイズは１／４インチフォーマットを適用した。図４Ａを参照すれば、約１８０ｌｐ／ｍｍでＭＴＦ値が０．４以上の良好な解像度を示すということが分かる。
【００４７】
図４Ｂは、表２または表３のレンズを備えるウェハーレベルレンズモジュールの収差図である。図４Ｂを参照すれば、球面収差及び非点収差が＋／−０．０１５以下、歪曲量は１％以下で、５百万画素級フォンカメラなどに適用可能な性能を表わすということが分かる。
【００４８】
以上で詳しく説明したように、既存のウェハーレベルレンズモジュールは、モールドを利用したポリマーレプリカ方法で製作されるために、あらゆるレンズがポリマー、特に、ＵＶ硬化用ポリマーで形成される。ポリマー材料は、高い屈折率で色収差が大きく発生するために、３百万画素以上の高解像度を支援するカメラフォンに適用する場合に、色感が落ちるなどの問題が招来された。本実施形態では、このような問題を解決するために、ウェハーレベルレンズモジュールで少なくとも一つのレンズ面をガラスレンズ面と定義することによって、色収差を改善して高解像度でもイメージの劣化が生じることを防止することができる。したがって、本実施形態によるウェハーレベルレンズモジュールは、サイズが小さくて軽いだけではなく、３百万以上の解像度を支援することができるために、高解像度を支援するカメラフォンなどに有用に利用することができる。
【００４９】
そして、本実施形態によるウェハーレベルレンズモジュールは、物体側に配される第１ウェハースケールレンズは、プラスのオプティカルパワーを有するレンズ群を使い、イメージセンサー側に配される第２及び第３ウェハースケールレンズは、マイナスのオプティカルパワーを有するレンズ群を使う。このようなレンズの形状の組み合わせを利用すれば、より高解像度を支援するウェハーレベルレンズモジュールを提供することができる。
【００５０】
以上は本発明の一実施形態に過ぎず、当業者ならば、本発明の本質的特性から外れない範囲で変形された形態を具現することができる。したがって、本発明の範囲は、前述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載の内容と同等な範囲内にある多様な実施形態が含まれるように解析されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、ウェハーレベルレンズモジュール及びそれを備える撮像モジュール関連の技術分野に適用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１０，２０，３０  ウェハースケールレンズ
４０  スペーサ
５０  カバーガラス
６０  イメージセンサー
１１０，１２０，１３０  ウェハースケールレンズ
１１２，１２２，１３２  透明基板
１１４，１１６，１２４，１２６，１３４，１３６  レンズ要素
１１８  口径絞り
１４０  スペーサ
１５０  カバーガラス
１６０  イメージセンサー
１６２  貫通ビア
１６４  ソルダボール
２１０，２２０，２３０  ウェハースケールレンズ
２１２，２２２，２３２  透明基板
２１４，２２４，２２６，２３４，２３６  レンズ要素
２１８  口径絞り
２４０  スペーサ
２５０  カバーガラス
２６０  イメージセンサー
２６２  貫通ビア
２６４  ソルダボール
【図１】
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【図２】
2010282179.tif 000008
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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